© John Libbey Eurotext 2012

Depuis les années 1980 et lors de la Commission mondiale sur l’Environnement et le Développement de 1987 (Harlem Brundtland, 1987), le monde a pris conscience de l’importance de s’engager dans une approche de développement durable. Ce dernier doit répondre aux besoins de la génération actuelle sans pour autant compromettre la capacité des générations futures à répondre aux leurs.

La France s’engage fortement dans cette voie de développement durable, convaincue qu’elle sera source d’une nouvelle croissance verte (Stratégie nationale de développement durable, 2010). Le Grenelle de l’Environnement a indiqué que l’écologie industrielle représente une démarche stratégique permettant une meilleure adéquation entre la profitabilité de nos systèmes industriels et la limitation de leur impact sur l’environnement. Concrètement, la France s’est fixée des objectifs particulièrement ambitieux et le Grenelle de l’Environnement prévoit d’ici à 2020 (Pignault, 2009) 600 000 emplois créés et 450 milliards d’euros cumulés de 2009 à 2020.

Présentation de l’IEED (Institut d’excellence en énergie décarbonnée) P.I.V.E.R.T.

La chimie du végétal : une chimie plus verte

La chimie du végétal est la production de produits chimiques à partir de ressources renouvelables agricoles et forestières et succède à une chimie fondée sur l’utilisation de ressources non renouvelables, le charbon (carbochimie) puis le pétrole (pétrochimie). C’est la nouvelle chimie économiquement durable. Alors que depuis dix ans l’emploi dans l’industrie chimique diminue car elle se délocalise vers les pays producteurs de pétrole ou de gaz, la chimie du végétal pourrait permettre de relocaliser la production à côté des ressources agricoles et forestières.

Pour se développer, l’industrie chimique doit pouvoir compter sur une base de ressources abondantes. Ainsi, la carbochimie, puis la pétrochimie se sont développées sur le charbon, puis le pétrole, car la disponibilité de ces matières premières était assurée. En effet, les besoins énergétiques et de transport modernes ont poussé l’exploitation d’énormes quantités de charbon puis du pétrole, permettant à l’industrie chimique de se développer avec quelques pourcentages de ces quantités. La chimie du végétal s’appuie sur l’agriculture qui fournit des ressources renouvelables et des développements important liés à l’alimentation et aux besoins énergétiques. Les produits obtenus sont issus des huiles et de l’amidon ou des sucres.

La chimie du végétal n’est pas en compétition avec l’alimentation car elle utilise une faible part des terres arables. En 2006, 6 000 millions de tonnes de ressources renouvelables ont été utilisés par l’homme comme suit : 62 % pour l’alimentation, 33 % pour le bois de construction, le papier et le bois de chauffage et 5 %, soit 300 millions de tonnes, pour la chimie et l’industrie (Kamm, 2006).

Des atouts compétitifs pour la France

Le principal atout de la France est de regrouper une position forte en agriculture et en chimie : la France est le deuxième acteur européen de la chimie avec un chiffre d’affaire de 68 milliards d’euros en 2009 (15 % des ventes européennes et cinquième acteur mondial). Cependant ce nombre décroît de 2 % par an depuis 10 ans. L’ambition économique est de prendre le leadership du marché de la chimie du végétal, marché mondial de l’ordre de 300 milliards d’euros en 2020, avec une croissance estimée de 10 % à 15 % par an. Cependant, peu de choses sont structurées en France, dans la filière des oléagineux.

Des enjeux technologiques identifiés

Le segment le plus prometteur pour la chimie du végétal est la chimie fine et de spécialités dont la valeur ajoutée permet de financer les innovations nécessaires (Carole et al., 2004). Les applications sont déjà nombreuses : solvants pour les encres et peintures, adhésifs et colles, huiles et graisses de lubrification, surfactants et tensio-actifs, applications des lipides dans les cosmétiques, etc. Les segments les plus volumineux et donc de moindre valeur ajoutée, les plastiques et la chimie de base, se développeront en second lieu (Nowicki et al., 2008) (tableaux 1 et2).

Les bioraffineries

La bioraffinerie repose sur un ensemble de bio-industries intégrées. Elle utilise un éventail de technologies pour fabriquer des produits chimiques, des biocarburants, des biomatériaux, des aliments et ingrédients alimentaires, des fibres ainsi que de l’énergie sous forme de chaleur et d’électricité. Elle vise à maximiser la valeur ajoutée sur les trois piliers du développement durable : environnement, économie et société.

La France est un des pays européens les plus riches en biomasse (De Cherisey et al., 2007). À ce titre et pour réduire sa dépendance énergétique et ses émissions de gaz à effet de serre, elle s’est lancée dans un plan ambitieux de développement des biocarburants entraînant celui des bioraffineries de 1^re et 2^e générations. Le nouvel enjeu industriel est de développer une 3^e génération de bioraffineries qui combine différentes sources de matières premières pour produire de multiples produits chimiques, ainsi que des biocarburants¹.

La compétition internationale est ouverte

Compte tenu de ces enjeux, la compétition internationale est engagée. Le département américain de l’énergie investit 700 millions de dollars pour les bioraffineries (703 millions de dollars de subvention en 2009 du DOE, département américain de l’énergie pour 19 projets de démonstration de bioraffineries). La Commission européenne a décidé de lancer un programme spécifique aux bioraffineries dans le cadre du 7^e PCRD (Programme cadre de recherche et développement). Aux vues des investissements sur les différentes zones géographiques, l’ambition de l’IEED P.I.V.E.R.T. est de devenir le leader européen.

Ce leadership se développera par la maîtrise des procédés et l’efficacité économique. L’ambition de P.I.V.E.R.T. et des campus d’innovation technologique mondiaux est de développer les outils nécessaires pour améliorer la compétitivité économique et technique des bioraffineries. Ces performances viendront de l’optimisation des procédés de fermentation par batch ou en continu, de la maîtrise de la catalyse et de la biocatalyse, de la rationalisation des étapes de prétraitement, de la possibilité de transformer des matières premières végétales d’origine variées (résidus de l’agriculture, forêts, herbes, etc.) en un maximum de molécules.

Pour atteindre ces objectifs, l’IEED P.I.V.E.R.T. associe dans son fonctionnement et dans sa gouvernance, une R&D générique en amont, et une volonté forte d’industrialisation portée par les industriels, des chimistes, des équipementiers et des services d’ingénierie.

Enjeux économiques et sociaux

Evaluation des marchés existants et de leur potentiel

En Europe, le secteur de la chimie représente 449 milliards d’euros en 2009 (24 % des ventes mondiales) (Cefic, 2010). Sa croissance est estimée à 2 % pour l’année 2011 et elle représente 1 200 000 emplois dont 180 000 emplois directs en France (tableaux 3 et4), correspondant à 1 000 000 d’emplois directs et indirects (le facteur des emplois indirects de l’industrie chimique est de 3 à 5 selon les données du Grenelle de l’Environnement, de 5,5 selon l’ACC). De par sa dépendance au pétrole, l’industrie chimique est menacée car très dépendante du prix et de la disponibilité du pétrole, ce qui explique son actuelle délocalisation vers les pays producteurs de pétrole ou de gaz. Ses coûts principaux sont ainsi répartis : 12 % de coûts salariaux ; 28 % de coûts d’énergie ; 42 % de coûts de matières premières en grande majorité d’origine pétrolière (Cefic, 2010). La chimie du végétal utilise quant à elle, des ressources agricoles et forestières. Elle constitue ainsi une alternative avec des matières premières renouvelables, contrôlées et locales.

La chimie du végétal pourrait permettre donc de pérenniser et de développer des emplois verts sur des marchés biosourcés en croissance, et surtout non délocalisables à terme. D’après différentes sources d’information, le marché de la chimie du végétal au niveau mondial est de l’ordre de 300 milliards d’euros à horizon 2020, avec une croissance annuelle de 10 % à 15 % (tableau 5). Selon le Grenelle de l’Environnement et le département américain de l’Agriculture, la chimie du végétal représente 4 % de la chimie dans le monde. Cette part passerait à 13 % de la chimie en 2020 et constituerait un marché de 330 milliards d’euros. À l’échelle française et européenne, pour les industriels chimistes partenaires de l’Institut P.I.V.E.R.T., les matières premières renouvelables représentent en moyenne 8 % de leurs achats. Ce taux devrait passer aux alentours de 15 % d’ici 2020, et le chiffre d’affaires alors dégagé grâce à la chimie du végétal devrait représenter plus de 5 milliards d’euros. Il est estimé que P.I.V.E.R.T. sera contributeur d’une part significative de ce chiffre. La chimie du végétal ne représente en 2009 que 33 000 emplois directs en France et atteindra 95 000 emplois à l’horizon 2020 ce qui correspond à une croissance annuelle de 10 % et 62 000 nouveaux emplois. Ces emplois représentent une opportunité pour la France en opposition aux pertes actuelles de l’industrie chimique française prévoyant une suppression de 30 000 postes d’ici 2020 (– 17 % d’ici à 2020) (CARMEE, 2009) (tableau 5).

En outre, il ne faut pas oublier que, parallèlement aux industries de l’agroalimentaire, de la chimie et de l’énergie, les ingénieurs européens ont développé un marché d’équipements, de machines et de procédés industriels. Pour l’industrie chimique (qui représente 11 % de ce marché européen, selon l’association européenne Orgalime, European Engineering Industries Association), les fournisseurs d’équipements et de machines représentent un marché européen de 20 milliards d’euros. 600 entreprises françaises y occupent une position forte avec 30 000 emplois directs et un chiffre d’affaires de 5 milliards d’euros (GIFIC, 2009). Ce domaine réalise 45 % de sa valeur à l’exportation, démontrant une expertise technique reconnue. En parallèle, en Europe, le marché des services en ingénierie industrielle (ingénierie pour les infrastructures, les installations industrielles et services d’ingénierie spécialisés) représente 70 milliards d’euros (EFCA, European Federation of Engineering Consultancy Associations, 2009). La France occupe une position avancée avec 215 000 emplois directs et un chiffre d’affaire de 36 milliards d’euros (Syntec-Ingénierie, 2008). Ce domaine connaît une croissance soutenue de 3 % par an, et les exportations représentent 30 % du chiffre d’affaires.

Cependant, malgré cet attrait pour la chimie du végétal, l’Europe est en retard par rapport à des pays comme les États-Unis ou le Brésil. Les projets de développement de bioraffineries y sont encore trop rares, et les investissements restent insuffisants pour permettre à la recherche de s’y atteler. De plus, les utilisateurs finaux ne sont pas prêts à dépenser plus, bien que la demande augmente. Le développement des marchés dépendra des efforts réalisés pour améliorer la compétitivité de la chimie du végétal. Le regroupement des différents types de partenaires privés et publics s’avère donc nécessaire pour permettre aux technologies de se développer.

Une évaluation et une démonstration des avantages environnementaux et socio-économiques des bioproduits doivent être mises en place. Les bioproduits ne pourront s’imposer sur le marché et y gagner des parts que s’ils apportent la preuve d’un véritable avantage environnemental, économique et social. L’analyse du cycle de vie (ACV) est une méthodologie qui s’impose aujourd’hui pour mesurer les impacts environnementaux des produits (figure 1). Le pôle Industries & Agro-Ressources (IAR) et ses partenaires ont souhaité créer un consortium pour répondre collectivement aux demandes des acteurs de la filière en ACV dans le secteur des agroressources. La démarche IAR-ACV vise à concevoir, mettre au point puis diffuser un guide méthodologique ACV durabilité appliqué aux filières agroressources².

Figure 1. Démarche IAR-ACV.

En conclusion, la chimie du végétal est un secteur en croissance qui apporte des emplois locaux : pour l’industrie chimique qui innove et diminue sa dépendance au pétrole ; pour l’industrie des équipements et des machines industrielles pour la chimie ; etpour les services en ingénierie industrielle qui se développent avec l’industrie associée. L’objectif de P.I.V.E.R.T. est d’être l’institut d’excellence qui développe ces marchés d’application.

Débouchés de l’IEED P.I.V.E.R.T.

P.I.V.E.R.T. trouve des applications dans les différents secteurs de la chimie, de l’agroalimentaire et de l’ingénierie industrielle. L’industrie des huiles et de la lipochimie que représente P.I.V.E.R.T. trouve aujourd’hui ses applications dans la chimie de spécialités et de formulation.

Chimie de base

Parmi les principaux intermédiaires de synthèse, on compte en particulier : le glycérol, du niveau d’importance de l’éthanol (Werpy et Petersen, 2004) comme molécule-plateforme avec des dérivés comme l’épichlorhydrine, et potentiellement le PDO (propan-1,3-diol) ou le 3 HPA (acide hydroxypropionique) ; l’acide acrylique (colle, textile, peinture, revêtement, résines) ; l’acroléine (pharmacie, plastiques, cosmétique).

Les solvants issus du végétal ou agro-solvants seront utilisés dans les domaines des encres et peintures, de la détergence et des produits phytosanitaires par les partenaires chimistes ainsi que ces intermédiaires de synthèse.

Chimie fine et de spécialités

Les produits de la chimie de spécialité (additifs, catalyseurs, plastifiants, surfactants) en lien avec P.I.V.E.R.T. sont les suivants : les corps gras (acides/amines/alcools gras) qui trouvent leurs applications dans la pharmacie, la cosmétique, l’alimentation, mais également dans la détergence, les peintures et colles, ou les bioproduits ; les dérivés des triglycérides ; les produits agroalimentaires intermédiaires, arômes, ingrédients et additifs alimentaires. On peut citer comme exemple l’acide linoléique conjugué (CLA) pour le contrôle de la prise de poids.

Ce domaine concerne particulièrement les partenaires chimistes et agrochimistes.

Chimie de formulation

La chimie de formulation sera ciblée par le développement de formules sur le site de P.I.V.E.R.T. Les débouchés seront les colles, les cosmétiques, les lubrifiants, les peintures, etc. Par exemple, des mélanges d’esters sont utilisés comme lubrifiants.

La chimie de spécialité et de formulation devrait représenter plus de des deux tiers de la chimie du végétal à horizon 2020 (tableau 6).

Équipements et services

Les équipements liés aux développements des technologies et les services et l’ingénierie industrielle seront étudiés et évolueront sur P.I.V.E.R.T. Des équipements innovants seront installés et renouvelés. En effet, les besoins de la chimie du végétal en nouveaux procédés sont une source d’innovation pour les équipementiers. L’exportation des technologies liées à la bioraffinerie de troisième génération, voire même la construction de bioraffineries, constitue sur le long terme une voie d’application souhaitée pour les équipementiers partenaires de l’IEED. De la même façon, des acteurs de l’énergie y développent une expertise sur l’utilité et la valorisation énergétique de la biomasse.

Objectifs et programmes de R&D

Trois programmes synergiques

P.I.V.E.R.T. comportera trois types de programmes, en synergie les uns avec les autres :

• un programme de recherche générique (GENESYS, figure 2) financé par les partenaires industriels et les Investissements d’Avenir dans un mode ouvert : les résultats seront accessibles à l’ensemble des partenaires ;

  Figure 2. GENESYS, programme de recherche générique de P.I.V.E.R.T., financé par les partenaires industriels et les Investissements d’Avenir dans un mode ouvert.

• des projets collaboratifs faisant intervenir les partenaires dans le cadre d’une relation contractuelle spécifique avec P.I.V.E.R.T. ;

• la genèse de la bioraffinerie de 3^e génération, le BIOGIS Center, véritable plateforme évolutive pour développer une stratégie de « métabolisme industriel » en s’appuyant sur les résultats des autres programmes, GENESYS en particulier. Cette conception de la bioraffinerie est en soi un programme de recherche et d’innovation.

Le programme GENESYS prendra son essor dès le début avec ses pleines capacités au cours des trois premières années. Les projets collaboratifs seront mis en place, et progressivement d’autres projets alimentés par les résultats de GENESYS suivront. Le volume de GENESYS connaîtra une décroissance progressive parallèle à la montée en puissance des projets collaboratifs des acteurs industriels. La genèse de la bioraffinerie P.I.V.E.R.T. sera alimentée par les résultats produits par le programme GENESYS et par l’essor des projets collaboratifs. Les équilibres entre les types de programmes permettront de maximiser les résultats pour l’essor de la filière et l’épanouissement de l’écosystème que constitue P.I.V.E.R.T., tout en respectant les intérêts de chacun des partenaires.

L’objectif principal de P.I.V.E.R.T., en particulier de GENESYS, est de jeter les bases d’une bioraffinerie pour les plantes oléagineuses et les lipides, par l’optimisation de toute la chaîne de production. Depuis la production des plantes avec l’agronomie, la récolte, la logistique jusqu’aux produits industriels biosourcés pour la chimie, les cosmétiques, la nutrition et la santé en passant par le fractionnement de la biomasse, la transformation et la formulation. La stratégie consiste à développer des approches innovantes et des procédés respectant les principes de la chimie verte. Les programmes de P.I.V.E.R.T. seront construits autour de trois fondements du développement durable : environnement, société et économie. Cette approche est complétée par l’évaluation des risques spécifiques de la démarche proposée. Une analyse des cycles de vie sera réalisée en intégrant toutes les étapes depuis les productions de la biomasse jusqu’aux produits finaux et la bioraffinerie des oléagineux sera modélisée dans une logique de « métabolisme industriel ».

7 secteurs scientifiques concernés

Les secteurs scientifiques concernés par les programmes de P.I.V.E.R.T. seront au nombre de sept :

• l’adaptation, la mobilisation et la complémentation des agroressources oléagineuses ;

• les procédés physiques et thermochimiques de fractionnement de la biomasse ;

• la catalyse et la biocatalyse pour l’oléochimie, avec la mise en place de nouvelles réactions chimiques catalysées homogènes, hétérogènes ou enzymatiques ;

• le métabolisme des lipides, de la plante aux microorganismes ;

• l’auto-assemblage des lipides pour la formulation et les créations de nano-objets ;

• les nouveaux procédés pour obtenir des lipides d’intérêt pour la nutrition et la santé ;

• la prise en compte de l’écologie industrielle pour la réalisation de la bioraffinerie des oléagineux.

Implantation du BIOGIS Center, plateforme technologique de P.I.V.E.R.T.

Le site retenu pour l’implantation de la plateforme BIOGIS se situe sur le Parc Technologique des Rives de l’Oise, à côté du site industriel de Sofiprotéol (figure 3). Ce site a été choisi pour :

• sa proximité avec des centres de recherches publics et privés et d’un centre industriel ayant des activités en chimie du végétal ;

• les possibilités d’extension du site ;

• la disponibilité des sources d’énergie ;

• la possibilité d’avoir accès à une station de traitement des effluents liquides ;

• l’environnement du site sensibilisé aux contraintes industrielles ;

• les infrastructures d’accès au site déjà existantes ;

• la présence du Parc Technologique des Rives de l’Oise dont les activités sont cohérentes et complémentaires pour le développement à moyen et long terme du BIOGIS Center.

Figure 3. Implantation du BIOGIS Center, plateforme technologique de P.I.V.E.R.T., au sein du campus d’innovation technologique (R < 1 km).

Conflits d’intérêts

JFR est salarié de Sofiprotéol.

Références

Liste des tableaux

Liste des figures

	Figure 1. Démarche IAR-ACV.
Dans le texte

	Figure 2. GENESYS, programme de recherche générique de P.I.V.E.R.T., financé par les partenaires industriels et les Investissements d’Avenir dans un mode ouvert.
Dans le texte

	Figure 3. Implantation du BIOGIS Center, plateforme technologique de P.I.V.E.R.T., au sein du campus d’innovation technologique (R < 1 km).
Dans le texte